[發明專利]確定風力發電機部件的氣彈穩定性的方法和設備

在審

• 申請號: 201611227326.3
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN108240304A
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發明（設計）人: 楊洋;張志弘;李雙虎
• 申請（專利權）人: 北京金風科創風電設備有限公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 閆紅玉;張川緒

一種確定風力發電機部件的氣彈穩定性的方法和設備。所述方法包括：(A)建立風力發電機的整機動力學模型，并獲取風力發電機的預定部件在不同的工作頻率下的振動響應數據；(B)分析風力發電機的所述預定部件的所述振動響應數據以確定所述振動響應數據中的失穩頻率；(C)將所述失穩頻率作為對所述整機動力學模型施加激勵的輸入，以獲得風力發電機的所述預定部件的衰減振動響應數據；(D)通過獲得的所述衰減振動響應數據確定風力發電機的所述預定部件在失穩頻率對應的模態下的氣動阻尼值；(E)基于所述氣動阻尼值確定風力發電機的所述預定部件的氣彈穩定性。根據本發明的方法和設備，能夠準確地確定風力發電機部件的氣彈穩定性。

技術領域

本發明涉及風力發電機領域，更具體地將，涉及一種確定風力發電機部件的氣彈穩定性的方法和設備。

背景技術

隨著研究和應用的需要，風力發電機葉輪直徑、塔架高度的不斷增加，風力發電機的整機柔性日益增大，因此，對確定風力發電機的氣彈穩定性的研究日益受到關注。

當風力發電機的葉片在氣流的作用下運動時，風力發電機的氣彈穩定性會受到氣動力、彈性變形和風力發電機的控制系統的控制策略的多重影響。在這種多重影響下很容易導致葉輪可能失去穩定性，若葉輪氣彈不穩定，則機組振動發散會增加疲勞載荷，導致風力發電機的壽命縮短，甚至會在短時間內導致風力發電機的嚴重損壞。

目前，通常通過以下方式來確定風力發電機的氣彈穩定性：第一，流固耦合法，該方法結合多物理場仿真平臺，通過能量法來計算風力發電機葉輪的氣動功，來確定風力發電機的氣彈穩定性；第二，時間域數值積分法，該方法通過對葉片揮舞/擺振耦合非線性氣彈方程組進行數值積分，來確定風力發電機的氣彈穩定性；第三，狀態矩陣法，該方法通過對風力發電機進行線性化分析來得到葉片和塔架的各階氣動阻尼值，來確定風力發電機的氣彈穩定性；第四，特征值法，該方法通過數值分析獲得葉片的揮舞彎曲模態、擺振彎曲模態和扭轉模態的根軌跡曲線，來分析葉片面內剛度、扭轉剛度和預錐角對葉片氣彈穩定性的影響，來確定風力發電機的氣彈穩定性。然而，現有的確定風力發電機的氣彈穩定性的方法計算復雜，并且不能準確地確定風力發電機的氣彈穩定性。

發明內容

本發明的示例性實施例在于提供一種確定風力發電機部件的氣彈穩定性的方法和設備。所述確定風力發電機部件的氣彈穩定性的方法和設備能夠簡便、準確地確定風力發電機的氣彈穩定性。

根據本發明的一方面，提供一種確定風力發電機部件的氣彈穩定性的方法，其特征在于，所述方法包括：(A)建立風力發電機的整機動力學模型，并獲取風力發電機的預定部件在不同的工作頻率下的振動響應數據；(B)分析風力發電機的所述預定部件的所述振動響應數據以確定所述振動響應數據中的失穩頻率；(C)將所述失穩頻率作為對所述整機動力學模型施加激勵的輸入，以獲得風力發電機的所述預定部件的衰減振動響應數據；(D)通過獲得的所述衰減振動響應數據確定風力發電機的所述預定部件在失穩頻率對應的模態下的氣動阻尼值；(E)基于所述氣動阻尼值確定風力發電機的所述預定部件的氣彈穩定性。

可選地，步驟(B)包括：(B1)獲取振動響應數據中出現突變的突變點；(B2)將與該突變點對應的頻率作為失穩頻率。

可選地，步驟(D)包括：(D1)對衰減振動響應數據進行時域加窗，并以預設時間間隔沿時間軸平移，以便得到多個時窗；(D2)分析各個時窗的衰減振動響應數據，以確定風力發電機的所述預定部件在失穩頻率對應的模態下的氣動阻尼值。

可選地，步驟(D2)包括：(D21)對所述各個時窗的衰減振動響應數據進行功率譜分析，以獲取與各個時窗對應的頻率域的分析數據；(D22)從與各個時窗對應的頻率域的分析數據分別提取與失穩頻率對應的振幅相關數據；(D23)對提取的各個振幅相關數據進行線性化處理，以獲取風力發電機的所述預定部件在失穩頻率對應的模態下的氣動阻尼值。

可選地，步驟(D23)包括：將線性化后得到的直線的斜率作為風力發電機的所述預定部件在失穩頻率對應的模態下的氣動阻尼值。